CN204559466U

CN204559466U - 野外便携式发电装置

Info

Publication number: CN204559466U
Application number: CN201520232360.4U
Authority: CN
Inventors: 李佳丽; 温鑫
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2025-04-16

Abstract

本实用新型提供一种野外便携式发电装置。本装置，包括：通过太阳能发电的第一发电模块、通过风力发电的第二发电模块、用于储存第一发电模块与第二发电模块发出的电能的蓄电池模块、用于向蓄电池模块充电的充电模块、用于稳定第一发电模块与第二发电模块发出的电能的稳压模块、用于控制蓄电池模块放电的单片机；第一发电模块、第二发电模块分别通过稳压模块与充电模块连接、充电模块另一端分别于蓄电池模块、单片机连接、蓄电池模块另一端与单片机连接。用于确定所述第一发电模块中太阳能最大功率的追踪模块。本实用新型实现了利用可再生风能、太阳能发电，清洁环保无污染，并且整体装置体积小，便于携带。

Description

野外便携式发电装置

技术领域

本实用新型实施例涉及发电机技术领域，尤其涉及一种野外便携式发电装置。

背景技术

人们户外出行时，诸如相机、手机、手持GPS导航仪、电充气泵和手电筒等设备是必不可少的，旅行者们会准备移动电源为电子设备充电，但是移动电源的容量很有限，当储存的电能释放完以后，怎么给电子设备供电便成了首当其冲的问题，特别是对于野外作业的人群，许多专业的电子设备需要较大电流来维持稳定工作，此时移动电源便无法提供持续稳定的电能。许多人会考虑用小型的汽油发电机来为设备供电，但是汽油发电机的重量及尺寸极大的限制了它的使用场合，比如说需要工作人员带着设备徒步进入森林或山顶的时候，汽油发电机就显得不那么便携了。并且发电机的能量来源于传统化石燃料，在消耗了有限的燃料之后还会排放温室气体，有违于人类实现可持续发展的目标。为了满足人们对于此类电源的需求，本文设计了一种便携式的发电装置，能量源于可再生的风能、太阳能，清洁环保无污染；除了风力发电和太阳能发电模式以外，还有备用手摇式发电模式，三种供能方式使用更加方便；装置整体即小型旅行箱大小，专门用于户外运动或野外作业；自发电装置并配备有蓄电池，能够保证稳定持续供电；输出部分配有直流稳压和交流220V逆变模块，电源输出方式可以转换和调节，无论是给手机、电脑充电还是给交流设备供电均可实现。

市场上常见的便携式太阳能电池板箱，由2片太阳能电池板组合而成，呈手提箱状，30W的太阳能电池板能够提供17.9V左右的工作电压和4.44A左右的工作电流，不算蓄电池净重6.1KG左右，合拢时尺寸为550mm*540mm*35mm左右,售价在680元到1200元不等。太阳电池板发电确实清洁环保，发出的直流电也很稳定可靠，众所周知，它的使用依赖于环境的光照条件，在阴雨天和树阴底下时，发电效率就明显的减小了，夜晚时便完全失去了发电的作用，对于要求持续供电的离网用户来说这样的设备并不是优选，并且太阳能电池板的造价较高，功率较大的太阳能电池板，例如60W的，价格和质量比30W的高近一倍。

因此，现有技术中的发电装置发电效率低，性价比过高，而且不便于携带。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种野外便携式发电装置，以克服现有技术中同类发电装置的发电效率低、供电模式单一的技术问题。

本实用新型发电装置，包括：

采用太阳能发电的第一发电模块、采用风力发电的第二发电模块、用于储存所述第一发电模块与第二发电模块发出的电能的蓄电池模块、用于向所述蓄电池模块充电的充电模块、用于稳定所述第一发电模块与所述第二发电模块发出的电能的稳压模块、用于控制所述蓄电池模块放电的单片机、用于检测蓄电池电量的电量测量模块、用于确定所述第一发电模块中太阳能最大功率的追踪模块、用于将直流转换为交流的逆变模块，用于输出直流电的直流稳压输出模块；

所述蓄电池模块采用两块蓄电池交替充电/放电；

所述第一发电模块、所述第二发电模块分别通过所述稳压模块与所述充电模块连接，所述充电模块另一端分别于所述蓄电池模块、单片机连接，所述蓄电池模块另一端与所述单片机连接，所述电量测量模块一端与所述蓄电池模块连接，另一端与单片机连接，所述追踪模块一端连接与所述稳压模块，另一端连接与所述充电模块，所示逆变模块连接与所述蓄电池模块，所述直流稳压输出模块连接与所述蓄电池模块。

进一步地，所述第二发电模块采用垂直轴式可折叠风力发电机叶片和伸缩式支撑杆，所述叶片通过两个平行支架与传动轴活动连接。

进一步地，所述支架与所述叶片、所述传动轴之间采用自锁合页连接。

进一步地，所述叶片为NACA对称翼型。

进一步地，所述叶片长为50cm，宽为7.5cm，厚为0.97cm，所述支撑杆长为120cm。

本实用新型实施例包括采用太阳能发电的第一发电模块和采用风能发电的第二发电模块，并通过稳压模块稳定所述第一发电模块和第二发电模块，蓄电池模块采用两个蓄电池交替充电/放电，电量测量模块检测所述蓄电池的电量，解决了现有技术中同类发电装置工作效率低的问题，实现了直流和交流两种供电模式，并且通过垂直轴式风机的可折叠叶片与伸缩式支撑杆，有利于装置的携带。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型野外便携式发电装置的结构示意图；

图2为本实用新型追踪模块电路原理图；

图3为本实用新型稳压模块电路原理图；

图4为本实用新型充电模块电路原理图；

图5为本实用新型电量测量模块电路原理图；

图6为本实用新型欠压控制模块电路原理图；

图7为本实用新型逆变模块电路原理图；

图8为本实用新型叶片工作状态示意图；

图9为本实用新型叶片折叠过程示意图；

图10为本实用新型叶片折叠完成状态示意图；

图11a为本实用新型叶片折叠前示意图；

图11b为本实用新型叶片折叠后示意图；

图12为本实用新型叶片结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型发电装置的结构示意图，如图1所示，本实施例装置包括：

采用太阳能发电的第一发电模块101、采用风力发电的第二发电模块102、用于储存所述第一发电模块与第二发电模块发出的电能的蓄电池模块107、用于向所述蓄电池模块充电的充电模块106、用于稳定所述第一发电模块与所述第二发电模块发出的电能的第一稳压模块103和第二稳压模块104、用于控制所述蓄电池模块放电的单片机108、用于检测蓄电池电量的电量测量模块109、用于确定所述第一发电模块中太阳能最大功率的追踪模块105、用于输出直流电的直流稳压输出模块112、所述直流稳压输出模块连接与所述蓄电池模块；

所述蓄电池模块采用两块蓄电池交替充电/放电；

所述第一发电模块、所述第二发电模块分别通过所述稳压模块与所述充电模块连接，所述充电模块另一端分别于所述蓄电池模块、单片机连接，所述蓄电池模块另一端与所述单片机连接，所述电量测量模块一端与所述蓄电池模块连接，另一端与单片机连接，所述追踪模块一端连接与所述稳压模块，另一端连接与所述充电模块。

具体来说，本实施例中蓄电池模块采用两块蓄电池交替充电/放电，所以本系统在工作时蓄电池放电就不会被充电，充电时不会被用来放电，这样充电与放电是两个独立的过程，这就保证了蓄电池能够工作在更合理的用电方式下。同时为保证核心控制器不受太阳能电池板电压不稳定的影响，需要将控制器的电源接在放电回路中，这样系统在比较稳定的电源环境下工作会得到更理想的效果。但是这也就产生了蓄电池切换的问题。本实施例使用继电器来对蓄电池的工作模式进行切换，继电器采用单稳态继电器HK4100F-DC3V，它的工作电压为3V，使用单片机便可直接驱动。如图2所示，本实施例中追踪模块中采用TPS62125芯片，其拥有一个使用精确阈值的开启输入引脚，其可以直接连接至太阳能电池板电压，通过太阳能电池板输出电流及输出功率与其输出电压之间的比较情况对太阳能电池板的功率进行管理。本实施例中稳压模块采HRD05003稳压芯片来完成稳压，具体电路连接如图3所示。该稳压模块主要有以下特点：输出电流3A；采用高频低阻电容滤波；输入电压高至40V；效率可达89％；5V和12V输出电压版本可选；可增加电源输出指示灯；可增加精密可高电阻，使输出电压可调；具有过流保护功能。

本实施例中充电模块中采用铅酸蓄电池专门充电芯片UC3906来控制铅酸蓄电池的充电。如图4所示，UC3906是一款专门用来为铅酸蓄电池充电的充电芯片。UC3906该芯片内含有独立的电压控制电路，具有限流放大器，更重要的是UC3906具有精准的基准电压，并在内部设置了温度补偿电路。这样的设计可以随外部环境温度的变化调整铅酸蓄电池的浮充电压，从而更好的保护蓄电池。以12V7AH的蓄电池为例，UC3906电路的计算过程如下：

参考温度在理想状态下25℃，此时UC3906基准电压Vref＝2.3V。

过程电压：

V_{O C} = V_{r e f} (1 + \frac{R_{3} + R_{4}}{R_{6}} + \frac{R_{3} + R_{4}}{R_{7}}) = 15 V

浮充电压：

V_{f} {=V}_{ref} (1 + \frac{R_{3} + R_{4}}{R_{6}}) + 14.5 V

过充变换电压：V₁₂＝0.95V V_OC＝14.25V

浮充转换电压：V₁₃＝0.9V V_f＝11.7V

最大充电电流：

I_{m a x} = \frac{0.25}{R_{1}} = 1000 m A

过充终止电流：

I_{O C} = \frac{0.025}{R_{1}} = 100 m A .

本实施例中蓄电池保护电路主要是防止蓄电池反接损坏后级电路，或被过电流损毁。而蓄电池的欠电压、过电压保护则在蓄电池充电电路部分给出。反接保护是在蓄电池的两端并接一个二极管，并在蓄电池的一端串连一个保险丝。其工作原理是：当电池反接时，并联的二极管会正向导通，使大电流流过蓄电池一端的保险丝，从而烧断保险丝起到保护蓄电池的作用，而对于后继电路而言电池的反接相当于后级电路被短路所以没有危害，将电池正接并更换保险丝系统恢复正常工作。而在蓄电池的串联的保险丝，同样可以保护蓄电池在过电流状态下不被损毁。

如图5所示，蓄电池电量检测电路可以将电池的实时电量反馈到控制系统，再由控制系统来判断是否对蓄电池进行过流保护和欠压保护，并且控制继电器对两组蓄电池的工作模式进行切换。本文所设计的电量检测芯片采用的是LM3914芯片。LM3914芯片是美国国家半导体公司生产的点状/条状显示驱动器，用途十分广泛。LM3914芯片可以作为检测模拟电压模块，根据电量的大小以点状模式点亮对应个数的LED，并能线性地显示输入电压。

如图6所示，本实施例中欠压控制模块中两个主要原件，一个继电器和一个MOS管这个继电器主要用来控制蓄电池在放电回路中的放电控。当放电蓄电池进入欠电压状态时，继电器会断开与外部负载的链接防止蓄电池过放电，继电器同样选择双稳态继电器。MOS管的作用是，当系统工作用于太阳能供电模式时，MOS导通使接在负载上的那一端放电回路直接接在太阳能电池板的充电回路中。

本实施例中单片机最小系统包括：复位线路、晶振线路、AD转换滤波线路、ISP下载接口、JTAG仿真接口、电源、串口电路，通过对单片机的编程可以实现对前级稳压模块、蓄电池充电模块、继电器控制模块、电池的充放电状态进行控制。

如图7所示，本实施例中逆变模块由MOSFET场效应管及电源变压器构成，其输出功率主要取决于场效应管和电源变压器的功率。考虑逆变器的电压/电流特性以及功率/效率特性，以及蓄电池的容量。

如图12所示，其中，1为叶片，2为支架，3为传动轴。本实施例中风力发电机的叶片结构为NACA对称翼型，长为50cm，宽为7.5cm，厚为0.97cm，所述支撑杆长为120cm，收缩后长度为60cm。工作状态时两个平行支架与分别所述叶片和传动轴垂直，如图8所示。如图9和图10所示，本实施例中支架与叶片以及传动轴之间采用自锁合页连接，叶片向上移动，向传动轴靠拢完成折叠。伸缩式支撑杆可以通过伸缩完成折叠。图11a和图11b为本实施例中叶片折叠前后的对比。

相比与水平轴式风力发电机，本实施例中的垂直轴式风力发电机的起动转矩更小，更适合微风的情况下使用，尤其是H型垂直轴式风机，也是目前使用最多的结构。本实施例中的发电机可以使发电装置使用和携带更加方便，将叶片叠收起来的结构，使得风机在不用时方便收纳和携带。

本实施例的稳压模块效率约为93％，交流逆变模块效率约为90％，太阳能电池板转换效率约为17％，太阳能最大功率点跟踪模块工作效率在90％以上。提高了发电装置的工作效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种野外便携式发电装置，其特征在于，包括：

采用太阳能发电的第一发电模块、采用风力发电的第二发电模块、用于储存所述第一发电模块与第二发电模块发出的电能的蓄电池模块、用于向所述蓄电池模块充电的充电模块、用于稳定所述第一发电模块与所述第二发电模块发出的电能的稳压模块、用于控制所述蓄电池模块放电的单片机、用于检测蓄电池电量的电量测量模块、用于确定所述第一发电模块中太阳能最大功率的追踪模块、用于将直流转换为交流的逆变模块、用于输出直流电的直流稳压输出模块；

所述蓄电池模块采用两块蓄电池交替充电/放电；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二发电模块采用垂直轴式可折叠风力发电机叶片和伸缩式支撑杆，所述叶片通过两个平行支架与传动轴活动连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述支架与所述叶片、所述传动轴之间采用自锁合页连接。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述叶片为NACA对称翼型。

5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述叶片长为50cm，宽为7.5cm，厚为0.97cm，所述支撑杆长为120cm。